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Jul 21, 2023

奇妙なハイの世界から合成された新しい爆発性化合物

By Skoltech 2022 年 4 月 21 日 爆発アニメーション アーティストのコンセプト。 スコルテック、ワシントンのカーネギー研究所、ハワード大学、シカゴ大学の研究者

By Skoltech2022年4月21日

爆発アニメーションアーティストのコンセプト。

Researchers from Skoltech, Carnegie Institution of Washington, Howard University, the University of ChicagoFounded in 1890, the University of Chicago (UChicago, U of C, or Chicago) is a private research university in Chicago, Illinois. Located on a 217-acre campus in Chicago's Hyde Park neighborhood, near Lake Michigan, the school holds top-ten positions in various national and international rankings. UChicago is also well known for its professional schools: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School and the Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, and Pritzker School of Molecular Engineering." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">シカゴ大学と中国科学院固体物理研究所は、N6 基を含み、爆発的な量のエネルギーを詰め込んだ珍しい化合物である K2N6 を合成しました。 チームは、この材料を実験室の外で爆発物やロケット推進剤として使用できるようにするために必要な合成圧力よりも数倍高い合成圧力を作り出す必要がありましたが、本日 (2022 年 4 月 21 日) に Nature Chemistry に掲載される実験により、我々はさらに一歩近づくことができました。技術的に応用できるものまで。

Nitrogen is at the heart of most chemical explosives, from TNT to gunpowder. The reason for this is that a nitrogen atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">原子には化学結合を形成しようとしている 3 つの不対電子があり、原子が 3 つの電子対を共有している N2 分子内でそのような原子を 2 つ組み合わせるのが、そのかゆみを抑える最もエネルギー効率の高い方法です。 これは、他のエネルギー的に有利ではない結合に関与している窒素原子を多く含む化合物は、常に N2 ガスを生成する爆発反応の危機に瀕していることを意味します。

500,000気圧（左）と300,000気圧（右）の圧力でレーザー加熱されたアジ化カリウムサンプルの顕微鏡写真。 外側の白〜水色の部分がK1N3です。 中心に向かって、物質は左の写真では K2N6 に変化し、右では化学式 K3(N2)4 を持つ謎のよく理解されていない化合物に変化しています。 クレジット: Yu Wang et al./Nature Chemistry

この記事で報告された研究の計算を担当したスコル工科大学のアルテム・R・オガノフ教授は、次のようにコメントしている。分子。 そして実際、これまでの研究では、100万気圧を超える圧力では、隣接する2つの原子が電子対を3つではなく1つだけ共有する構造を窒素が形成することが示されています。」

このようなエキゾチックな窒素結晶は確かに爆発して、おなじみの三重結合 N2 ガスに戻る可能性がありますが、その合成には実際の用途には高すぎる圧力が必要です。 このため、研究者らは、カーネギーのアレクサンダー・F・ゴンチャロフ氏が主導し、本日発表された研究で初めて得られた化合物など、他の窒素を豊富に含む化合物を実験することになった。

「私たちが合成した化合物はアジ化カリウムと呼ばれ、化学式は K2N6 です。 45万気圧の圧力で作られる結晶です。 一度形成されると、その約半分の圧力でも持続する可能性があります」と、実験が行われたワシントンのカーネギー研究所のスタッフ科学者アレクサンダー・ゴンチャロフは言う。 「その結晶では、窒素原子が集合して六角形になり、隣接する 2 つの窒素間の結合は単結合と二重結合の中間になります。 私たちの化合物の構造は、窒素の「環」を安定化する個々のカリウム原子と交互になったこれらの六角形で構成されており、これが非常に興味深い部分です。」